基于高次模的双极化高增益贴片天线制造技术

本发明专利技术公开了一种基于高次模的双极化高增益贴片天线，包括第一

【技术实现步骤摘要】
基于高次模的双极化高增益贴片天线


[0001]本专利技术涉及通讯天线的
，尤其是指一种基于高次模的双极化高增益贴片天线
。

技术介绍

[0002]贴片天线因其具有低成本
、
低剖面
、
易加工等特点被广泛应用于无线通信系统中
。
在以往的设计中，学者们将研究重点放在了
4G
频段或者
5G
频段上，特别是基站系统中的大规模
MIMO
天线应用
。
然而，随着通信场景的逐渐复杂以及用户对移动网络效果的进一步需求，常常需要满足良好的通讯信号覆盖
。
为了实现令人满意的波束成形效果，工程以及学术上相继提出了能产生高增益双极化电磁波的大规模
MIMO
物理天线单元
。
在这些设计中，往往专注于设计更高增益的天线单元或者更稳定高效的馈电网络，而高增益的天线单元一般占用正方形的空间框架，很难满足基站大规模
MIMO
天线中1×3或者1×4的长方形阵列轮廓要求，通过复杂的功分网络来激励天线阵列则会由于使用大量的功分器而降低了天线的效率
。
而如若使用能够获得高方向性并且满足基站大规模
MIMO
天线应用中的阵列配置需求的双极化天线，可以有效减少基站系统大规模甚至是未来超大规模
MIMO
天线阵列中的能量损耗和散热，提高天线效率，降低系统的成本开销
。
[0003]利用天线的高次模进行辐射是一种比较常见的提高效率的增益增强方法
。
一个谐振在高次模的贴片天线，其表面上的电流相位是呈现正
‑
反连续变化现象的，通过抑制天线上反相电流所在部分的辐射能力，降低其对天线辐射方向图的影响，使得天线近似认为是若干个同相电流的叠加，就可以在不需要额外的复杂馈电网络的前提下实现天线增益的增强效果
。
[0004]对现有技术进行调查了解，具体如下：
[0005]Y.Li
等人在
2018
年提出一种基于贴片天线高次模的高增益双极化室内天线
。
通过在十字形贴片中间蚀刻两对长方形的槽，抑制了贴片天线高次模上反相电流的辐射，使得天线等效于三个谐振在基模的天线单元，从而极大地提高了天线的方向性
。
[0006]Y.He
等人在
2021
年提出一种利用一对馈电网络进行馈电的三单元贴片天线阵列，通过一个
1:2
的不等功分器和一个等功分器的结合使用获得三路等功分的输出，从而设计了一个较高方向性的物理天线
。
[0007]总的来说，现有的工作中，有不少关于高增益贴片天线的研究，但是很多工作为了满足双极化应用，往往需要在单极化高增益天线结构的基础上旋转
90
°
后再与初始结构结合，从而使得整个结构所占用的空间轮廓近似于二维的正方形面阵，并且与单极化天线结构相比面积增大了至少三倍，然而在实际的基站大规模
MIMO
天线中要求天线子阵列需要满足一维的长方形阵列轮廓
。
因此，设计一种简单有效的高增益双极化大规模
MIMO
物理天线具有重要意义
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于高次模的双极化高增益贴片天线，应用一对差分
T
型功分器作为馈电网络，实现稳定对称的辐射激励效果，该天线能够在
3.4GHz
‑
3.6GHz
的范围内稳定工作，且在通带内增益为
11.5
‑
12.7dBi
，效率为
97.4
‑
99
％
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：基于高次模的双极化高增益贴片天线，包括第一介质基板
、
第二介质基板
、
第一覆铜层
、
第二覆铜层
、
第三覆铜层
、
第四覆铜层和探针；所述第一介质基板位于第二介质基板上方，它们之间留有空气间隙；所述第一覆铜层设置在第一介质基板上表面，所述第一覆铜层上设有贴片辐射结构，所述贴片辐射结构包含多个方形贴片单元
、
短弯折微带细线和长弯折微带细线，两两相邻的方形贴片单元之间通过长弯折微带细线实现电气连接构成一个整体，并呈现高次模的电流相位分布，该多个方形贴片单元表面上电流相位相同，而与方形贴片单元表面上电流相位相反的电流均被束缚在长弯折微带细线上，从而减少高次模中反相电流对辐射方向图的影响，每个方形贴片单元的边角连接短弯折微带细线作为该边角的延伸，通过短弯折微带细线调整天线结构的整体轮廓，从而满足天线阵列的长方形轮廓需求；所述第二覆铜层设置在第一介质基板的下表面，所述第二覆铜层上设有交叉桥结构，所述交叉桥结构包含两个弯折微带细线，在实现与第一覆铜层中长弯折微带细线一样的电气连接和反相电流束缚功能的同时，也避免与第一覆铜层中长弯折微带细线产生电气接触；所述第三覆铜层设置在第二介质基板的上表面，作为天线的地板，保证天线辐射方向以外还屏蔽位于第四覆铜层中的馈电网络对辐射性能的影响；所述第四覆铜层设置在第二介质基板的下表面，所述第四覆铜层上设有第一馈电网络和第二馈电网络，所述第一馈电网络和第二馈电网络为一对差分
T
型功分器，所述第一馈电网络和第二馈电网络通过探针将能量耦合至第一覆铜层辐射电磁波
。
[0010]进一步，所述第一馈电网络包含第一馈电端口
、
第一阻抗输入馈线
、
第一阻抗变换线
、
第一阻抗馈线
、
第一阻抗相位延迟馈线
、
第二阻抗变换线
、
第三阻抗变换线
、
第一焊盘和第二焊盘，所述第一馈电端口
、
第一阻抗输入馈线和第一阻抗变换线依次相连，所述第一阻抗变换线
、
第一阻抗馈线
、
第三阻抗变换线和第二焊盘依次相连，所述第一阻抗变换线
、
第一阻抗相位延迟馈线
、
第二阻抗变换线和第一焊盘依次相连
。
[0011]进一步，所述第二馈电网络包含第二馈电端口
、
第二阻抗输入馈线
、
第四阻抗变换线
、
第二阻抗馈线
、
第二阻抗相位延迟馈线
、
第五阻抗变换线
、
第六阻抗变换线
、
第三焊盘和第四焊盘，所述第二馈电端口
、
第二阻抗输入馈线和第四阻抗变换线依次相连，所述第四阻抗变换线
、
第二阻抗馈线
、
第五阻抗变换线和第三焊盘依次相连，所述第四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于高次模的双极化高增益贴片天线，其特征在于，包括第一介质基板
(2)、
第二介质基板
(4)、
第一覆铜层
(1)、
第二覆铜层
(3)、
第三覆铜层
(5)、
第四覆铜层
(6)
和探针
(8)
；所述第一介质基板
(2)
位于第二介质基板
(4)
上方，它们之间留有空气间隙
(7)
；所述第一覆铜层
(1)
设置在第一介质基板
(2)
上表面，所述第一覆铜层
(1)
上设有贴片辐射结构，所述贴片辐射结构包含多个方形贴片单元
(11)、
短弯折微带细线
(12)
和长弯折微带细线
(14)
，两两相邻的方形贴片单元
(11)
之间通过长弯折微带细线
(14)
实现电气连接构成一个整体，并呈现高次模的电流相位分布，该多个方形贴片单元
(11)
表面上电流相位相同，而与方形贴片单元
(11)
表面上电流相位相反的电流均被束缚在长弯折微带细线
(14)
上，从而减少高次模中反相电流对辐射方向图的影响，每个方形贴片单元
(11)
的边角连接短弯折微带细线
(12)
作为该边角的延伸，通过短弯折微带细线
(12)
调整天线结构的整体轮廓，从而满足天线阵列的长方形轮廓需求；所述第二覆铜层
(3)
设置在第一介质基板
(2)
的下表面，所述第二覆铜层
(3)
上设有交叉桥结构，所述交叉桥结构包含两个弯折微带细线
(31)
，在实现与第一覆铜层
(1)
中长弯折微带细线
(14)
一样的电气连接和反相电流束缚功能的同时，也避免与第一覆铜层
(1)
中长弯折微带细线
(14)
产生电气接触；所述第三覆铜层
(5)
设置在第二介质基板
(4)
的上表面，作为天线的地板，保证天线辐射方向以外还屏蔽位于第四覆铜层
(6)
中的馈电网络对辐射性能的影响；所述第四覆铜层
(6)
设置在第二介质基板
(4)
的下表面，所述第四覆铜层
(6)
上设有第一馈电网络
(61)
和第二馈电网络
(62)
，所述第一馈电网络
(61)
和第二馈电网络
(62)
为一对差分
T
型功分器，所述第一馈电网络
(61)
和第二馈电网络
(62)
通过探针
(8)
将能量耦合至第一覆铜层
(1)
辐射电磁波
。2.
根据权利要求1所述的基于高次模的双极化高增益贴片天线，其特征在于：所述第一馈电网络
(61)
包含第一馈电端口
(611)、
第一阻抗输入馈线
(612)、
第一阻抗变换线
(613)、
第一阻抗馈线
(614)、
第一阻抗相位延迟馈线
(615)、
第二阻抗变换线
(616)、
第三阻抗变换线
(617)、
第一焊盘
(618)
和第二焊盘
(619)
，所述第一馈电端口
(611)、
第一阻抗输入馈线
(612)
和第一阻抗变换线
(613)
依次相连，所述第一阻抗变换线
(613)、

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宇中，陈付昌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：